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<p>图1:电子束与平行(顶部)和反平行(底部)自旋和涡旋方向的比较</p><p>该图显示了x和y方向上电子的密度(灰色)和电流分布(箭头),分别为“向上”(+)或“向下”( - )自旋</p><p>对于光束中心的电子,预测两种情况下的分布是不同的</p><p>图片来源:2011年美国物理学会RIKEN高级科学研究所(ASI)的研究人员开发了一种理论,可以理解相对论电子涡旋光束</p><p>通过对光束中电子的量子和相对论性质的综合考虑,研究人员发现,自旋 - 轨道相互作用导致由电子自旋向上或向下旋转的涡旋光束产生不同的行为</p><p>无论是汽车还是球,作用于直线上移动的物体上的力与作用于以紧凑曲线移动的物体的力非常不同</p><p>这种格言也适用于微观尺度</p><p>因此,线性向前移动的电子束具有与具有类涡旋特性的电子束不同的特性</p><p>由于涡旋光束在磁场中显示出可能导致新应用的特性,因此RIKEN领导的研究团队已经开发出一种理论来提供对这些特性的理解1</p><p> “我们是第一个相对论电子涡旋光束综合理论,并为他们的理解增添了重要意义,”来自RIKEN高级科学研究所(ASI)的团队成员Konstantin Bliokh评论道</p><p>像任何粒子一样,电子可以呈现波状特征;并且,理解这种行为对于理解涡旋光束的行为至关重要,因此可以在将来的应用中利用它们</p><p>然而,与撞击海滩的海浪的宽阔前沿不同,电子波的振荡沿着光束不同步:它们的时间的微小变化使得波浪具有螺旋形的特征</p><p>涡旋光束显示出由其电子的所谓“轨道角动量”与其称为自旋的内在属性之间的相互作用而产生的独特且可能被利用的量子效应</p><p>这些光束的潜力最近才变得明显,当时它们首次由ASIA2的Masaya Uchida和Akira Tonomura展示</p><p>电子自旋,束涡旋特性和电子的相对论性质的复杂混合使得对梁的理论理解变得复杂,来自ASI的团队负责人Franco Nori说</p><p>他解释说,只有通过综合考虑光束中电子的量子和相对论性质,才能实现他们的基本理论描述</p><p>这为电子自旋和光束的涡旋特性之间的相互作用提供了新的见解</p><p>特别是,研究人员发现,这种所谓的自旋 - 轨道相互作用会导致由电子自旋向上或向下旋转的涡旋光束产生不同的行为 - 这种效应应该是可观察到的(图1)</p><p> Nori表示,除了提供这些基本见解外,新理论还具有良好的实际意义,因为光束对磁场非常敏感</p><p> “我们所达到的理论上的理解最终将有助于开发能够以原子分辨率成像磁性材料的增强型电子显微镜,”他说</p><p>资料来源:RIKEN高级科学研究所图片: